JP2000193538A - Capacitance-type inner force sensor - Google Patents

Capacitance-type inner force sensor

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JP2000193538A
JP2000193538A JP10370140A JP37014098A JP2000193538A JP 2000193538 A JP2000193538 A JP 2000193538A JP 10370140 A JP10370140 A JP 10370140A JP 37014098 A JP37014098 A JP 37014098A JP 2000193538 A JP2000193538 A JP 2000193538A
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JP
Japan
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variable capacitance
capacitance
force sensor
time constant
electrode
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JP10370140A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Morimoto
森本  英夫
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Nitta Corp
Original Assignee
Nitta Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a sensor low in height with satisfactory sensitivity by constituting a variable capacitance part out of a substrate in which one electrode is formed and an electrode plate arranged opposingly to the electrode to be elastically deformed by squeezing, providing a potential difference between both terminals of the variable capacitance part, and changing capacitance by squeezing operation. SOLUTION: An operating part S is formed of a circuit pattern DU, a substrate 1 in which electrodes Dx+, Dx-, Dy+, Dy-, and Dz are formed, a conductive metal plate 2 arranged on the substrate 1 opposingly with gaps to the electrodes Dx+, Dx-, Dy+, Dy-, and Dz, a decorative film 3, an operating button 4, and an adhesive double coated tape 5 as an adhesive and a spacer. In the operating part S, a variable capacitance part is formed of the metal plate 2 and the electrodes Dx+, Dx, Dy+, Dy, and Dz. Then, capacitance is changed when the sizes of gaps between the metal plate 2 and the electrodes Dx+, Dx-, Dy+, Dy-, and Dz are changed by the push of the operating button 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式の力
覚センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type force sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の静電容量式の力覚センサとして
は、例えば図10に示すようなものがある。この力覚セン
サは、図10に示すように、電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dzを有する基板90と、円形の皿状に形成
され且つ前記基板90と小間隔を設けて配置された電極板
Dと、前記電極板91の中央部に立設されたスティック91
とから構成されており、電極Dx+,Dx−,Dy+,
Dy−,Dzに電圧をかけると共に電極板Dを接地する
ようにしている。また、前記センサでは、図12に示すよ
うな電子回路(ブロック図)を具備させてあり、電極板
Dと電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dzとの間
の静電容量を電圧として出力できるようにしてある。
2. Description of the Related Art As a conventional force sensor of the capacitance type, for example, there is one as shown in FIG. This force sensor has electrodes Dx +, Dx-, Dy as shown in FIG.
A substrate 90 having +, Dy-, and Dz, an electrode plate D formed in a circular dish shape and arranged at a small interval from the substrate 90, and a stick erected at the center of the electrode plate 91. 91
And electrodes Dx +, Dx−, Dy +,
A voltage is applied to Dy- and Dz, and the electrode plate D is grounded. The sensor has an electronic circuit (block diagram) as shown in FIG. 12, and the capacitance between the electrode plate D and the electrodes Dx +, Dx-, Dy +, Dy-, Dz is defined as a voltage. You can output it.

【0003】このセンサは上記のような構成であるか
ら、例えばスティック91のX軸方向の傾倒操作により図
11に示すように、電極板Dと電極Dx+との隙間が小さ
くなってこれら相互間の静電容量が増加すると共に、電
極板Dと電極Dx−との隙間が大きくなってこれら相互
間の静電容量が減少する。そして、上記電子回路によ
り、電極板Dと電極Dx+相互間の静電容量と対応する
電圧V1と、電極板Dと電極Dx−相互間の静電容量と
対応する電圧V2との差がアンプ回路により増幅され、
電圧として出力される。
[0003] Since this sensor has the above-described structure, the stick 91 is tilted in the X-axis direction.
As shown in FIG. 11, the gap between the electrode plate D and the electrode Dx + is reduced to increase the capacitance between them, and the gap between the electrode plate D and the electrode Dx− is increased to increase the static between them. The capacity decreases. The difference between the voltage V1 corresponding to the capacitance between the electrode plate D and the electrode Dx + and the voltage V2 corresponding to the capacitance between the electrode plate D and the electrode Dx− is determined by the electronic circuit. Amplified by
It is output as a voltage.

【0004】したがって、この力覚センサを使用し、操
作力の方向とカーソルの移動方向とを対応させ、操作力
の大きさとカーソルの移動速度とを対応させるようにす
れば、例えばコンピュータのポインティングデバイスを
構成させることができる。
Therefore, by using this force sensor to make the direction of the operating force correspond to the moving direction of the cursor, and to make the magnitude of the operating force correspond to the moving speed of the cursor, for example, a pointing device of a computer Can be configured.

【0005】しかしながら、上記力覚センサは、スティ
ック91の存在によりあまり薄くできないという問題があ
る。
However, there is a problem that the force sensor cannot be made very thin due to the presence of the stick 91.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力覚セン
サを提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a capacitive force sensor having good sensitivity and low bulk.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】(請求項1記載の発明)
この発明の静電容量式力覚センサは、少なくとも一つの
電極が形成された基板と、押し込むことにより弾性変形
し且つ前記電極と対向配置された電極板とから可変静電
容量部を構成させると共に、前記可変静電容量部の両端
子間に電位差を設け、前記電極板に対して押し込み操作
することにより、前記可変静電容量部の静電容量が変化
するようにしてある。 (請求項2記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項1記載の発明に関して、基板には、180
°間隔で設けられた二個の電極が形成されており、これ
ら電極と電極板とによりX軸の可変静電容量部を構成さ
せてある。 (請求項3記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項1記載の発明に関して、基板には、90°
間隔で設けられた四個の電極が形成されており、一方の
対向する電極と電極板によりX軸の可変静電容量部を、
他方の対向する電極と電極板によりY軸の可変静電容量
部を、それぞれ構成させてある。 (請求項4記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項3記載の発明に関して、90°間隔で設け
られた四個の電極により囲まれた基板部分に中央の電極
を形成し、前記中央の電極と電極板とによりZ軸の可変
静電容量部を構成させてある。 (請求項5記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明に関し
て、電極板が、導電性を有する金属板であるか、弾性を
有する板材の片面に導電性を有する金属箔を形成した板
状体であるか、又は導電性ゴム板であるものとしてい
る。 (請求項6記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項2記載の発明に関して、X軸の各可変静電
容量部に固定抵抗を組み合わせて二つの時定数回路を設
けると共にこれら両時定数回路からの出力をロジックI
Cに入力するものとし、更に、各時定数回路に位相をず
らせた方形波又は正弦波の入力クロックを入力したもの
としてあり、電極板への押し込み力による可変静電容量
部の静電容量の変化に伴う時定数回路の時定数の変化に
応じて、ロジックICの出力クロックのデューティ%が
変化するようにしてある。 (請求項7記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項3記載の発明に関して、X・Y軸別にそれ
ぞれの軸の各可変静電容量部に固定抵抗を組み合わせて
二つの時定数回路を設けると共にこれら両時定数回路か
らの出力をロジックICに入力するものとし、更に、各
時定数回路に位相をずらせた方形波又は正弦波の入力ク
ロックを入力したものとしてあり、電極板への押し込み
力による可変静電容量部の静電容量の変化に伴う時定数
回路の時定数の変化に応じて、ロジックICの出力クロ
ックのデューティ%が変化するようにしてある。 (請求項8記載の発明)この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項6又は7記載の発明に関して、ロジックI
Cが、排他的論理和回路である。
Means for Solving the Problems (Invention of Claim 1)
The capacitance-type force sensor according to the present invention comprises a substrate having at least one electrode formed thereon and an electrode plate which is elastically deformed by being pushed in and is arranged opposite to the electrode to constitute a variable capacitance portion. By providing a potential difference between both terminals of the variable capacitance unit and performing a pressing operation on the electrode plate, the capacitance of the variable capacitance unit is changed. (Invention of Claim 2) The capacitive force sensor according to the present invention is the same as the invention of claim 1, except that
Two electrodes provided at an interval of ° are formed, and these electrodes and an electrode plate constitute an X-axis variable capacitance unit. (Invention of Claim 3) The capacitive force sensor of the present invention is the same as the invention of claim 1, except that the substrate has a 90 ° angle.
Four electrodes provided at intervals are formed, and one opposing electrode and an electrode plate form a variable capacitance section of the X axis,
The Y-axis variable capacitance unit is constituted by the other opposing electrode and the electrode plate. (Invention of Claim 4) The capacitive force sensor of the present invention is the same as the invention of claim 3, except that a central electrode is provided on a substrate portion surrounded by four electrodes provided at 90 ° intervals. The central electrode and the electrode plate constitute a Z-axis variable capacitance section. (Invention according to claim 5) The capacitive force sensor according to the present invention is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 4, the electrode plate is a conductive metal plate or has elasticity. It is a plate-like body in which a conductive metal foil is formed on one side of a plate material having the same, or a conductive rubber plate. (Invention of Claim 6) In the capacitive force sensor according to the present invention, two time constant circuits are provided by combining a fixed resistor in each of the variable capacitance units on the X-axis. At the same time, the outputs from both time constant circuits are
C, and input a square-wave or sine-wave input clock whose phase is shifted to each time constant circuit, and the capacitance of the variable capacitance unit due to the pushing force on the electrode plate. The duty% of the output clock of the logic IC changes according to the change of the time constant of the time constant circuit accompanying the change. (Invention of claim 7) The capacitive force sensor of the present invention is the same as the invention of claim 3, except that the variable capacitance section of each axis is combined with a fixed resistor for each of the X and Y axes. It is assumed that two time constant circuits are provided, outputs from both time constant circuits are input to the logic IC, and further, a square wave or a sine wave input clock with a phase shift is input to each time constant circuit. The duty% of the output clock of the logic IC changes according to the change of the time constant of the time constant circuit accompanying the change of the capacitance of the variable capacitance section due to the pushing force on the electrode plate. (Embodiment 8) The capacitance type force sensor according to the present invention relates to the logic I according to the invention described in claim 6 or 7.
C is an exclusive OR circuit.

【0008】この発明の静電容量式力覚センサの機能に
ついては、以下の発明の実施の形態の欄で詳述する。
The function of the capacitive force sensor of the present invention will be described in detail in the following embodiments of the present invention.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。 (実施形態1)図1及び図2は静電容量式力覚センサの
操作部Sを示し、図3は静電容量式力覚センサを構成す
る電子回路Kを示している。以下に操作部S及び電子回
路Kを詳述する。〔操作部Sについて〕 操作部Sは、図1や図2に示すよ
うに、回路パターンDU及び電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dzが形成された基板1と、電極Dx+,
Dx−,Dy+,Dy−,Dzとギャップを設けて対向
すべく基板1上に配置された導電性を有する金属板2
(課題を解決するための手段の欄に記載の電極板と対応
する)と、前記金属板2の上面を被覆する化粧フィルム
3と、前記化粧フィルム3の上面に貼設された低い操作
ボタン4と、前記回路パターンDUとこれに対応する金
属板2部分とを接着し且つスペーサとして機能する両面
テープ5とから構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 show an operation section S of a capacitive force sensor, and FIG. 3 shows an electronic circuit K constituting the capacitive force sensor. Hereinafter, the operation unit S and the electronic circuit K will be described in detail. [Operation Unit S] As shown in FIGS. 1 and 2, the operation unit S includes a circuit pattern DU and electrodes Dx +, Dx-, and Dy.
+, Dy-, Dz, and electrodes Dx +,
Dx-, Dy +, Dy-, Dz, a conductive metal plate 2 disposed on a substrate 1 so as to face a gap with a gap.
(Corresponding to the electrode plate described in the section of means for solving the problem), a decorative film 3 covering the upper surface of the metal plate 2, and a low operation button 4 attached to the upper surface of the decorative film 3. And a double-sided tape 5 that adheres the circuit pattern DU and the corresponding metal plate 2 and functions as a spacer.

【0010】ここで、この操作部Sでは、金属板2と電
極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+とにより、
図3に示されている可変静電容量部Cx+,Cx−,C
y+,Cy−,Cz+が形成されており、操作部Sに力
が作用しない状態においては、機械的対称性から〔可変
静電容量部Cx+の静電容量〕=〔可変静電容量部Cx
−の静電容量〕,〔可変静電容量部Cy+の静電容量〕
=〔可変静電容量部Cy−の静電容量〕,〔可変静電容
量部Cz+の静電容量〕=〔固定静電容量部Cz−の静
電容量〕となるように設定してある。そして、金属板2
と電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+相互間
のギャップの大きさが変化したときには静電容量が変化
するようになっている。〔静電容量式力覚センサを構成する電子回路Kについ
て〕 静電容量式力覚センサを構成する電子回路Kは、図
3に示すように、上段のX軸回路K1と、中段のY軸回
路K2と、下段のZ軸回路K3から構成されている。
In this operation section S, the metal plate 2 and the electrodes Dx +, Dx-, Dy +, Dy-, Dz +
The variable capacitance units Cx +, Cx-, C shown in FIG.
When y +, Cy−, and Cz + are formed and no force acts on the operation unit S, from the mechanical symmetry, [the capacitance of the variable capacitance unit Cx +] = [variable capacitance unit Cx
−capacitance], [variable capacitance part Cy + capacitance]
= [The capacitance of the variable capacitance portion Cy-], [the capacitance of the variable capacitance portion Cz +] = [the capacitance of the fixed capacitance portion Cz-]. And metal plate 2
When the size of the gap between the electrodes Dx +, Dx-, Dy +, Dy-, and Dz + changes, the capacitance changes. [About the electronic circuit K that constitutes the capacitive force sensor]
As shown in FIG. 3, the electronic circuit K constituting the capacitive force sensor comprises an upper X-axis circuit K1, a middle Y-axis circuit K2, and a lower Z-axis circuit K3. I have.

【0011】X軸回路K1は、図3に示すように、可変
静電容量部Cx+,Cx−をそれぞれ固定抵抗R1,R
2と組み合わせて時定数回路T1,T2を構成すると共
に、これら時定数回路T1,T2からの出力をEX−O
RロジックIC〔符号IC1〕の入力部に接続してあ
り、更に、各時定数回路T1,T2に位相をずらせた方
形波(正弦波でもよい)の入力クロックCLI1,CL
I2を入力したものとしている。
As shown in FIG. 3, the X-axis circuit K1 includes variable capacitance units Cx + and Cx- respectively connected to fixed resistors R1 and Rx.
2 to form time constant circuits T1 and T2, and outputs from these time constant circuits T1 and T2 are EX-O
The input clocks CLI1 and CL of a square wave (or a sine wave) whose phases are shifted to the time constant circuits T1 and T2 are connected to the input section of the R logic IC [code IC1].
It is assumed that I2 has been input.

【0012】Y軸回路K2は、図3に示すように、可変
静電容量部Cy+,Cy−をそれぞれ固定抵抗R3,R
4と組み合わせて時定数回路T3,T4を構成すると共
に、これら時定数回路T3,T4からの出力をEX−O
RロジックIC〔符号IC2〕の入力部に接続してあ
り、更に、各時定数回路T3,T4に位相をずらせた方
形波(正弦波でもよい)の入力クロックCLI1,CL
I2を入力したものとしている。
As shown in FIG. 3, the Y-axis circuit K2 includes variable resistance parts Cy + and Cy- each having fixed resistances R3 and R-.
4 in combination with time constant circuits T3 and T4, and outputs from these time constant circuits T3 and T4 are EX-O
The input clocks CLI1 and CL of a square wave (or a sine wave) whose phases are shifted to the time constant circuits T3 and T4 are connected to the input section of the R logic IC [code IC2].
It is assumed that I2 has been input.

【0013】Z軸回路K3は、図3に示すように、可変
・固定静電容量部Cz+,Cz−をそれぞれ固定抵抗R
5,R6と組み合わせて時定数回路T5,T6を構成す
ると共に、これら時定数回路T5,T6からの出力をE
X−ORロジックIC〔符号IC3〕の入力部に接続し
てあり、更に、各時定数回路T5,T6に位相をずらせ
た方形波(正弦波でもよい)の入力クロックCLI1,
CLI2を入力したものとしている。
As shown in FIG. 3, the Z-axis circuit K3 includes variable and fixed capacitance portions Cz + and Cz- each having a fixed resistance R
5 and R6 to form time constant circuits T5 and T6, and output from these time constant circuits T5 and T6 to E
It is connected to the input section of an X-OR logic IC [code IC3], and further has a square wave (or a sine wave) input clock CLI1, which is shifted in phase to each of the time constant circuits T5 and T6.
It is assumed that CLI2 has been input.

【0014】なお、上記固定抵抗の抵抗値はR1=R
2,R3=R4,R5=R6としてあり、これにより、
操作部Sに力が作用しない状態において、回路K1〜回
路K3の入力端子に接続されている積分回路の時定数を
等しくしてある(回路パターンに発生する抵抗、容量成
分は無視する)。〔静電容量式力覚センサの機能について〕 今、図4に示
す如く可変静電容量部Cx+の電極間ギャップが小さく
なるように操作ボタン4を押すと、同図に示すように、
(可変静電容量部Cx+の電極間ギャップ)<(可変静
電容量部Cx−の電極間ギャップ)となる。
The resistance value of the fixed resistor is R1 = R
2, R3 = R4, R5 = R6, whereby
When no force is applied to the operation unit S, the time constants of the integration circuits connected to the input terminals of the circuits K1 to K3 are equalized (resistance and capacitance components generated in the circuit pattern are ignored). [Function of Capacitive Force Sensor] Now, as shown in FIG. 4, when the operation button 4 is pressed so as to reduce the gap between the electrodes of the variable capacitance portion Cx +, as shown in FIG.
(Gap between the electrodes of the variable capacitance unit Cx +) <(Gap between the electrodes of the variable capacitance unit Cx−).

【0015】一般に静電容量=ε×(s/d) 〔ε:誘電率、s:電極面積、d:電極間ギャップ〕が
成立するので、(可変静電容量部Cx+の静電容量)>
(可変静電容量部Cx−の静電容量)となる。なお、
(可変静電容量部Cy+の静電容量),(可変静電容量
部Cy−の静電容量)も変化するが、機械的対称性によ
りその変化はほぼ等しくなる。
In general, since capacitance = ε × (s / d) [ε: dielectric constant, s: electrode area, d: gap between electrodes] holds, (the capacitance of the variable capacitance portion Cx +)>
(The capacitance of the variable capacitance unit Cx−). In addition,
Although (the capacitance of the variable capacitance portion Cy +) and (the capacitance of the variable capacitance portion Cy−) also change, the changes become almost equal due to mechanical symmetry.

【0016】また、図5に示す如く操作ボタン4を押す
と、可変静電容量部Cz+の電極間ギャップが小さくな
る。この場合、可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy
+,Cy−の電極間ギャップについても小さくなるが、
その量は可変静電容量部Cz+に比べて少ない。
When the operation button 4 is pressed as shown in FIG. 5, the gap between the electrodes of the variable capacitance portion Cz + is reduced. In this case, the variable capacitance units Cx +, Cx−, Cy
The gap between the + and Cy- electrodes also becomes smaller,
The amount is smaller than that of the variable capacitance unit Cz +.

【0017】ここで、操作ボタン4の押し込み操作によ
る可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,C
z+の変化についてまとめると、表1のようになる。
Here, the variable capacitance portions Cx +, Cx-, Cy +, Cy-, C by pressing the operation button 4 are pressed.
Table 1 summarizes the change in z +.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】操作ボタン4を押し込む方向にだけ考えた
が、何らかの方法で逆に操作ボタン4を引けば、静電容
量の変化は表1に示したものと逆になる。
Though the operation is considered only in the direction in which the operation button 4 is pushed, if the operation button 4 is pulled in any way in the opposite direction, the change in the capacitance will be opposite to that shown in Table 1.

【0020】また、図3の回路の動作を考えると、タイ
ムチャートは図6のようになる。入力クロックCLI2
は入力クロックCLI1に比べてΔtだけ位相が遅れて
いる。このため時定数R1×(Cx+)=時定数R2×
(Cx−)であるがEX−ORロジックIC〔符号IC
1〕から(c)の如く入力クロックCLI1,CLI2
の位相差に応じたパルスが出力される(無負荷時)。
Considering the operation of the circuit of FIG. 3, the time chart is as shown in FIG. Input clock CLI2
Has a phase delayed by Δt from the input clock CLI1. Therefore, time constant R1 × (Cx +) = time constant R2 ×
(Cx-) but EX-OR logic IC [code IC
1] through (c) as shown in FIG.
Is output (when no load is applied).

【0021】今、操作ボタン4を図4に示すように押し
込むと、可変静電容量部Cx+の静電容量が大きく変化
して、回路の時定数は〔(Cx+)+ΔC1〕×R1>
〔(Cx−)+ΔC2〕×R2となり、B点の電圧波形
(b)は電圧波形(b’)のように大きく変化する。し
かし、A点の電圧波形(a)はほとんど変化せず、電圧
波形(a’)となる。
Now, when the operation button 4 is pushed in as shown in FIG. 4, the capacitance of the variable capacitance portion Cx + changes greatly, and the time constant of the circuit becomes [(Cx +) + ΔC1] × R1>
[(Cx −) + ΔC2] × R2, and the voltage waveform (b) at the point B greatly changes like the voltage waveform (b ′). However, the voltage waveform (a) at the point A hardly changes and becomes a voltage waveform (a ′).

【0022】EX−ORロジックIC〔符号IC1〕で
は上記A点,B点での電圧波形の変化に対応して
(c’)の出力のように出力パルスの時間幅がΔt1,
Δt2だけ増加する。このΔt1,Δt2は操作ボタン
4を押し込む強さと方向に対応する。このことはY軸回
路K2を構成するEX−ORロジックIC〔符号IC
2〕の出力、Z軸回路K3を構成するEX−ORロジッ
クIC〔符号IC3〕の出力についても同様である。
In the EX-OR logic IC [code IC1], the time width of the output pulse is Δt1, as shown in the output (c ′), corresponding to the change in the voltage waveform at the points A and B.
It increases by Δt2. These Δt1 and Δt2 correspond to the strength and direction in which the operation button 4 is pressed. This means that the EX-OR logic IC constituting the Y-axis circuit K2 [code IC
The same applies to the output of [2] and the output of the EX-OR logic IC [code IC3] constituting the Z-axis circuit K3.

【0023】したがって、各EX−ORロジックIC
〔符号IC1,IC2,IC3〕からは、操作ボタン4
を押し込む方向と強さに応じたデューティのパルスが出
力される。なお、この出力パルスはローパスフィルタを
通すことにより簡単にアナログ電圧に変換できる。
Therefore, each EX-OR logic IC
From [codes IC1, IC2, IC3], the operation button 4
A pulse having a duty according to the direction and strength of pushing is output. This output pulse can be easily converted to an analog voltage by passing through a low-pass filter.

【0024】以上のことから、図7に示すように、適切
な処理回路やコンピュータのデバイスドライバーを用意
すれば、コンピュータ用のカーソル座標制御装置に供す
ることができる。 (実施形態2)この実施形態2の静電容量式力覚センサ
では、図8に示すように、上記実施形態1の操作部Sの
化粧フィルム3及び操作ボタン4と対応する部分を、シ
リコンゴムにより一体的に形成したゴム部材6としてあ
り、当該ゴム部材6を金属板2に接着剤7で接着してい
る。そして、この実施形態2では、ハウジングHUと固
定部Fとにより操作部Sを厚み方向に挟持するようにし
てある。
From the above, as shown in FIG. 7, if an appropriate processing circuit and a device driver of a computer are prepared, the device can be provided to a cursor coordinate control device for a computer. (Embodiment 2) In the capacitance type force sensor of Embodiment 2, as shown in FIG. 8, the portions corresponding to the decorative film 3 and the operation buttons 4 of the operation section S of Embodiment 1 are made of silicone rubber. The rubber member 6 is formed integrally with the metal plate 2 by using an adhesive 7. In the second embodiment, the operation unit S is sandwiched between the housing HU and the fixing unit F in the thickness direction.

【0025】なお、上記した金属板2を、金属箔又は導
電性ゴムにかえたものとすることができる。 (実施形態3)この実施形態3の静電容量式力覚センサ
では、操作部Sが図9に示すように、逆皿状に形成した
金属板2を、基板1上に形成した回路パターンDUに両
面テープ5により貼設するようにしたものとしてある。
The above-mentioned metal plate 2 can be replaced with metal foil or conductive rubber. (Embodiment 3) In the capacitive force sensor according to Embodiment 3, as shown in FIG. 9, an operation unit S is formed by mounting a metal plate 2 formed in an inverted dish shape on a circuit board DU formed on a substrate 1. To be stuck with a double-sided tape 5.

【0026】[0026]

【発明の効果】この発明は上記構成を有するものである
から以下の効果を奏する。
Since the present invention has the above configuration, the following effects are obtained.

【0027】発明の実施の形態段の欄の説明から明らか
なように、感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力
覚センサを提供できた。
As is clear from the description in the section of the embodiment of the present invention, a capacitive force sensor having good sensitivity and low bulk can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施形態1の静電容量式力覚センサ
の操作部の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an operation unit of a capacitive force sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】前記操作部を構成する基板上に形成された電極
及び回路パターンの平面図。
FIG. 2 is a plan view of electrodes and circuit patterns formed on a substrate constituting the operation unit.

【図3】前記静電容量式力覚センサの電子回路の説明
図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an electronic circuit of the capacitive force sensor.

【図4】前記操作部の操作ボタンを押し込んだ状態を示
す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a state in which an operation button of the operation unit is pressed.

【図5】前記操作部の操作ボタンを押し込んだ状態を示
す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a state in which an operation button of the operation unit is pressed.

【図6】前記静電容量式センサの入力クロック、出力ク
ロック等の関係を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between an input clock, an output clock, and the like of the capacitance type sensor.

【図7】前記静電容量式力覚センサをコンピュータ用の
カーソル座標制御装置として利用する場合のブロック
図。
FIG. 7 is a block diagram when the capacitance type force sensor is used as a cursor coordinate control device for a computer.

【図8】この発明の実施形態2の静電容量式力覚センサ
の操作部の断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an operation unit of the capacitive force sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図9】この発明の実施形態3の静電容量式力覚センサ
の操作部の断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an operation unit of a capacitive force sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図10】先行する技術の静電容量式力覚センサの操作
部の断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of an operation unit of a capacitance type force sensor of the prior art.

【図11】先行する技術の静電容量式力覚センサの操作
部を操作したときの断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view when an operation unit of a capacitance type force sensor of the prior art is operated.

【図12】先行する技術の静電容量式力覚センサの電子
回路の説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an electronic circuit of a capacitive force sensor according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 金属板 Dx+ 電極 Dx− 電極 Dy+ 電極 Dy− 電極 Dz+ 電極 Cx+ 可変静電容量部 Cx− 可変静電容量部 Cy+ 可変静電容量部 Cy− 可変静電容量部 Cz+ 可変静電容量部 Cz− 固定静電容量部 1 substrate 2 metal plate Dx + electrode Dx- electrode Dy + electrode Dy- electrode Dz + electrode Cx + variable capacitance section Cx- variable capacitance section Cy + variable capacitance section Cy- variable capacitance section Cz + variable capacitance section Cz − Fixed capacitance

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一つの電極が形成された基板
と、押し込むことにより弾性変形し且つ前記電極と対向
配置された電極板とから可変静電容量部を構成させると
共に、前記可変静電容量部の両端子間に電位差を設け、
前記電極板に対して押し込み操作することにより、前記
可変静電容量部の静電容量が変化するようにしてあるこ
とを特徴とする静電容量式力覚センサ。
1. A variable capacitance section comprising a substrate on which at least one electrode is formed, and an electrode plate which is elastically deformed by being pushed in and is arranged to face said electrode, and said variable capacitance section. Potential difference between both terminals of
A capacitance-type force sensor, wherein the capacitance of the variable capacitance section is changed by performing a pressing operation on the electrode plate.
【請求項2】 基板には、180°間隔で設けられた二
個の電極が形成されており、これら電極と電極板とによ
りX軸の可変静電容量部を構成させてあることを特徴と
する請求項1記載の静電容量式力覚センサ。
2. An X-axis variable capacitance section is formed on a substrate by forming two electrodes provided at 180 ° intervals, and the electrodes and an electrode plate constitute an X-axis variable capacitance section. The capacitive force sensor according to claim 1.
【請求項3】 基板には、90°間隔で設けられた四個
の電極が形成されており、一方の対向する電極と電極板
によりX軸の可変静電容量部を、他方の対向する電極と
電極板によりY軸の可変静電容量部を、それぞれ構成さ
せてあることを特徴とする請求項1記載の静電容量式力
覚センサ。
3. The substrate is formed with four electrodes provided at 90 ° intervals, and the X-axis variable capacitance section is formed by one of the opposing electrodes and the electrode plate, and the other opposing electrode is formed. The capacitance type force sensor according to claim 1, wherein the Y-axis variable capacitance unit is constituted by the electrode plate and the Y-axis.
【請求項4】 90°間隔で設けられた四個の電極によ
り囲まれた基板部分に中央の電極を形成し、前記中央の
電極と電極板とによりZ軸の可変静電容量部を構成させ
てあることを特徴とする請求項3記載の静電容量式力覚
センサ。
4. A central electrode is formed on a substrate portion surrounded by four electrodes provided at 90 ° intervals, and a Z-axis variable capacitance section is constituted by the central electrode and an electrode plate. The capacitance type force sensor according to claim 3, wherein the force sensor is provided.
【請求項5】 電極板が、導電性を有する金属板である
か、弾性を有する板材の片面に導電性を有する金属箔を
形成した板状体であるか、又は導電性ゴム板であること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電容
量式力覚センサ。
5. The electrode plate is a conductive metal plate, a plate-like body having a conductive metal foil formed on one side of an elastic plate material, or a conductive rubber plate. The capacitive force sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 X軸の各可変静電容量部に固定抵抗を組
み合わせて二つの時定数回路を設けると共にこれら両時
定数回路からの出力をロジックICに入力するものと
し、更に、各時定数回路に位相をずらせた方形波又は正
弦波の入力クロックを入力したものとしてあり、電極板
への押し込み力による可変静電容量部の静電容量の変化
に伴う時定数回路の時定数の変化に応じて、ロジックI
Cの出力クロックのデューティ%が変化するようにして
あることを特徴とする請求項2記載の静電容量式力覚セ
ンサ。
6. A time constant circuit is provided by combining a fixed resistor in each of the variable capacitance units on the X-axis, and outputs from both time constant circuits are input to a logic IC. It is assumed that a square wave or sine wave input clock whose phase is shifted to the circuit is input, and the time constant of the time constant circuit changes due to the change in the capacitance of the variable capacitance part due to the pushing force on the electrode plate. Logic I
3. The capacitance type force sensor according to claim 2, wherein the duty% of the output clock of C is changed.
【請求項7】 X・Y軸別にそれぞれの軸の各可変静電
容量部に固定抵抗を組み合わせて二つの時定数回路を設
けると共にこれら両時定数回路からの出力をロジックI
Cに入力するものとし、更に、各時定数回路に位相をず
らせた方形波又は正弦波の入力クロックを入力したもの
としてあり、電極板への押し込み力による可変静電容量
部の静電容量の変化に伴う時定数回路の時定数の変化に
応じて、ロジックICの出力クロックのデューティ%が
変化するようにしてあることを特徴とする請求項3記載
の静電容量式力覚センサ。
7. Two time constant circuits are provided by combining a fixed resistor with each variable capacitance section of each axis for each of the X and Y axes, and outputs from both time constant circuits are set to logic I.
C, and a square-wave or sine-wave input clock with a phase shifted to each time constant circuit. The capacitance of the variable capacitance unit due to the pushing force on the electrode plate is also assumed. 4. The capacitance type force sensor according to claim 3, wherein the duty% of the output clock of the logic IC changes in accordance with the change of the time constant of the time constant circuit accompanying the change.
【請求項8】 ロジックICが、排他的論理和回路であ
ることを特徴とする請求項6又は7記載の静電容量式力
覚センサ。
8. The capacitive force sensor according to claim 6, wherein the logic IC is an exclusive OR circuit.
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